特許 7333721 ホログラム導光板、ヘッドマウントディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-17

(45)【発行日】2023-08-25

(54)【発明の名称】ホログラム導光板、ヘッドマウントディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/32 20060101AFI20230818BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20230818BHJP

【ＦＩ】

G02B5/32

G02B27/02 Z

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019138527

(22)【出願日】2019-07-29

(65)【公開番号】P2021021843

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2021-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】501009849

【氏名又は名称】株式会社日立エルジーデータストレージ

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川村 友人

(72)【発明者】

【氏名】宇津木 健

(72)【発明者】

【氏名】永沢 充

(72)【発明者】

【氏名】山川 大路

【審査官】越河 勉

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５１４０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７６７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００３８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５７０９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０３０２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２９７４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３３３２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０３２４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０６７５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２２３１６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２５００３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０８－５０７８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４９７９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７２７２２１０（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第１７／２２３１６７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／３２

Ｇ０２Ｂ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

映像光を眼に導光するホログラム導光板であって、
屈折率変調により前記映像光の進行方向を変換するホログラム層、
前記ホログラム層の外側に配備されたガラス層、
前記ガラス層の外側に配備され前記ホログラム層を保護する保護層、
前記ガラス層と前記保護層との間に配置された中間層、
を備え、
前記ホログラム導光板は、前記映像光が前記ホログラム導光板に対して入射する入力領域と、前記映像光が前記ホログラム導光板から出射する出力領域とを有しており、
前記ホログラム層と前記ガラス層は、前記映像光が伝搬する伝搬層を形成しており、
前記中間層は、前記映像光が前記入力領域に対して入射してから前記出力領域より出射するまでの区間では、前記伝搬層においてのみ前記映像光を伝搬させることにより、前記区間において前記映像光が前記伝搬層から出ないようにするとともに前記保護層に対して漏れ出ないようにする
ことを特徴とするホログラム導光板。

【請求項2】

前記中間層は、屈折率が前記ガラス層よりも低いことにより、前記映像光を前記ガラス層と前記中間層との間の境界面において全反射させる
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項3】

前記境界面において前記映像光が全反射する臨界角をθ_Ｃとし、
前記境界面において反射された前記映像光の進行方向と、前記境界面との間の角度をθ_Ｆとしたとき、
前記中間層の屈折率は、θ_Ｆ＜９０－θ_Ｃ（度）を満たすように構成されている
ことを特徴とする請求項２記載のホログラム導光板。

【請求項4】

前記保護層は、前記映像光に対する透過率が紫外線に対する透過率よりも高い紫外線遮断層を備える
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項5】

前記保護層は、水蒸気を遮断する水蒸気遮断層を備える
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項6】

前記ホログラム導光板はさらに、前記ガラス層の側面かつ前記ホログラム層の側面の位置に配置され、水蒸気を吸収する、乾燥領域を備える
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項7】

前記ホログラム層は、外部光を通過させるとともに、前記ホログラム導光板から反射されたモニタ光を通過させる、モニタ領域を有する
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項8】

前記ホログラム導光板はさらに、前記保護層と前記中間層との間に凸レンズを備え、
前記凸レンズは、前記中間層と接する側の面が平坦であり、前記中間層の反対側の面が凸面である
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項9】

前記ホログラム導光板はさらに、水蒸気を遮断する水蒸気遮断層を備え、
前記水蒸気遮断層は、突出部を備え、
前記水蒸気遮断層は、前記ホログラム層の側面と前記ガラス層の側面を覆い、かつ前記突出部の頂面が前記ホログラム層の側面と接する位置に配置されることにより、前記ホログラム層を水蒸気から保護する
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項10】

前記中間層は、熱硬化型の樹脂によって形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項11】

前記紫外線遮断層は、少なくともＳｉＯ_２を含む多層膜によって形成されている
ことを特徴とする請求項４記載のホログラム導光板。

【請求項12】

前記水蒸気遮断層は、ポリ塩化ビニリデンを含むフィルムによって形成されている
ことを特徴とする請求項５記載のホログラム導光板。

【請求項13】

前記中間層の屈折率は、１．４２以下である
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム導光板。

【請求項14】

ユーザの頭部に装着するヘッドマウントディスプレイであって、
映像光を眼に導光するホログラム導光板を備え、
前記ホログラム導光板は、
屈折率変調により前記映像光の進行方向を変換するホログラム層、
前記ホログラム層の外側に配備されたガラス層、
前記ガラス層の外側に配備され前記ホログラム層を保護する保護層、
前記ガラス層と前記保護層との間に配置された中間層、
を備え、
前記ホログラム導光板は、前記映像光が前記ホログラム導光板に対して入射する入力領域と、前記映像光が前記ホログラム導光板から出射する出力領域とを有しており、
前記ホログラム層と前記ガラス層は、前記映像光が伝搬する伝搬層を形成しており、
前記中間層は、前記映像光が前記入力領域に対して入射してから前記出力領域より出射するまでの区間では、前記伝搬層においてのみ前記映像光を伝搬させることにより、前記区間において前記映像光が前記伝搬層から出ないようにするとともに前記保護層に対して漏れ出ないようにし、
前記ヘッドマウントディスプレイはさらに、
前記ホログラム導光板に向かって前記映像光を導く導光プリズム、
外部光を前記導光プリズムに向かって通過させるとともに、前記導光プリズムから反射されたモニタ光を通過させる、モニタ開口、
を備える
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

【請求項15】

前記導光プリズムと前記ガラス層は直接密着している
ことを特徴とする請求項１４記載のヘッドマウントディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、眼に映像を伝達するホログラム導光板と、それを用いたヘッドマウントディスプレイに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ウエアラブルデバイスとしてのヘッドマウントディスプレイは、視界の一部にインターネット上のネットワーク情報が常に得られる点で様々なアプリケーションの展開が期待されている。ヘッドマウントディスプレイの視界部分において映像光を伝達する部材は、導光板などと呼ばれる。

【0003】

視界の一部に常に映像を表示するため、映像を伝達する導光板には極めて高い透明性が求められる。従来導光板としては、プリズムを用いた導光板、溝構造で回折を用いる導光板、反射ミラーアレイを用いた導光板、屈折率変調により回折を用いるホログラム導光板など多様な方式が提案されているが、特にホログラム導光板は、通常のメガネ同等の透明性が得られる技術として有望である。ホログラフィック導光板として特許文献１などが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】ＵＳ２０１７／０３６３８１１Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

屈折率変調を実現するホログラム材料は、水蒸気や紫外線によって劣化することが知られているが、特許文献１が記載しているホログラム導光板は、水蒸気や紫外線による劣化防止については考慮されていない。そこでこれらに対してホログラム材料を保護するための保護層を設けることが考えられる。

【0006】

ホログラム導光板は、映像光を内部に閉じ込めて伝搬させる。したがって、映像光が伝搬する過程においては、映像光を伝搬層内部に閉じ込める必要がある。しかし水蒸気や紫外線を遮断する保護層をホログラム導光板の外側に設けると、映像光が伝搬する過程においてその保護層にも伝搬し、ユーザの眼に映像光が届いた時点においては映像がぼやけてしまう可能性がある。

【0007】

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、透明性の高いホログラム導光板を紫外線と水蒸気から保護することにより、例えば屋外で使用するヘッドマウントディスプレイにおいてもホログラム導光板の劣化を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るホログラム導光板は、ホログラム層を保護する保護層を備えるとともに、ガラス層と前記保護層との間に配置された中間層を備え、前記ガラス層と前記ホログラム層は、映像光を伝搬する伝搬層を形成する。前記中間層は、前記映像光の入力領域から前記映像光の出力領域までの区間では、前記伝搬層においてのみ前記映像光を伝搬させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係るホログラム導光板によれば、透明性の高いホログラム導光板を実現しつつホログラム層を水蒸気や紫外線から保護することにより、屋外でも長時間使用できるヘッドマウントディスプレイを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１に係るホログラム導光板１の概略図である。

【図2】ホログラム導光板１に対してフレームを取り付けた様子を示す概略図である。

【図3】中間層９の機能を説明する図である。

【図4】ヘッドマウントディスプレイ６２の構造を示す概略図である。

【図5】ヘッドマウントディスプレイ６２を作製するプロセスを説明するフローチャートである。

【図6】ユーザ６１がヘッドマウントディスプレイ６２を装着した様子を示すイメージ図である。

【図7】ヘッドマウントディスプレイ６２のシステムブロック図である。

【図8】ホログラム導光板１の変形例の構成を示す側断面図である。

【図9】ホログラム導光板１を眼鏡と一体化した構成例である。

【図10】水蒸気遮断層１０をホログラム導光板１の側面に配備したホログラム導光板１の構成例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係るホログラム導光板１の概略図である。ホログラム導光板１は、入力領域２、出力領域３、モニタ領域４を備えている。入力領域２は、映像光が入力される領域である。出力領域３は、映像光が出力される領域である。モニタ領域４は、ホログラム導光板１の平行度を外部光によってモニタするために用いる領域である。

【0012】

図１右図は、ホログラム導光板１の断面１５の構造を示す。ホログラム導光板１は、ホログラム層６、ガラス層７と８、中間層９、水蒸気遮断層１０、紫外線遮断層１１、表面強化層１２、乾燥領域１３によって構成されている。

【0013】

ホログラム層６の片面側にガラス層７が配置され、他面側にガラス層８が配置されている。本実施形態１においては、ガラス層７は映像光が入力される側に配置されている層であり、ガラス層８はユーザ６１（後述の図６を参照）から見て外側に配備される側の層であるものとする。

【0014】

ホログラム層６は、屈折率変調により映像光を眼に伝送させる機能を有している。ホログラム層６はホログラム材料（フォトポリマー）で形成されており、モノマーやオリゴマーが４０５ｎｍ付近の干渉光の照射により光重合反応し、高分子ポリマーへ構造変化することにより、干渉光に一致した屈折率変調を実現できる。屈折率変調を実現するために指定の分布の干渉光を照射することを、通常光記録と呼ぶ。換言すると光記録とは、ホログラム層６内部における光の干渉状態を固定することである。入力領域２と出力領域３は、所定の干渉光により光記録された領域である。モニタ領域４は、光記録されていない領域であり、外部光を変調しない。

【0015】

ガラス層７と８は、ホログラム層６の外側に配備されている透明板である。ガラス層としては、例えばショット社のＢＫ７などのようにコストメリットが高い材料を用いるとよい。ガラス層として透明光学樹脂を用いてもよいが、ホログラム層６において屈折率変調を実施するためには、４０５ｎｍ付近（光記録のために用いる波長）の透明度が高い材料を選択するとよい。例えば、日本ゼオン社のＺｅｏｎｅｘや、三井化学社のＡＰＥＬなどを用いることができる。映像光のサイズを示すＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）を大きくする場合は、ＦＯＶに合わせて屈折率の高い材料を用いるとよい。

【0016】

映像光は、ガラス層７と８の内部を伝搬する。したがって、不要な変調がされないように、ガラス層７と８の内部における異方正が極めて小さいものをガラス層の材料として用いるとよい。また、ガラス層７と８のそれぞれ外側の面（中間層９と接する面）は、互いに対して極めて高い平行度を維持することが望ましい。数秒以下の平行度を実現するのは困難であるので、モニタ領域４を介して外部光によってガラス層の角度をモニタできるようにすることが望ましい。特に透明光学樹脂を用いる場合は、歪みがないかモニタするために、モニタ領域４を広く取るとよい。また、検査時の戻り光の光量を記憶しておくことにより、ホログラム層６の劣化状態をモニタするためにモニタ領域４を利用することもできる。光量の減衰量が劣化を示す指標となる。

【0017】

水蒸気遮断層１０は、外部からホログラム層６に水蒸気が進行することを遮断する機能を有している。水蒸気遮断層１０としては透明樹脂が望ましく、ポリ塩化ビニリデンを用いるとよい。

【0018】

紫外線遮断層１１は、可視光（４３０～６５０ｎｍ）に対しては透明だが、ホログラム層６を破壊する紫外線（～４３０ｎｍ）が外部から進行することを遮断する機能を有している。例えば、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の多層膜を形成することにより、紫外線遮断層１１を実現できる。紫外線遮断層１１としては、少なくとも可視光（すなわち映像光）に対する透過率が紫外線に対する透過率よりも高い材料を用いるとよい。

【0019】

表面強化層１２は、透明であり、ホログラム導光板１の表面の傷を防止する機能を有している。例えばシリコーン系ハードコートを用いて表面強化層１２を構成することにより、高い透明性と硬度を両立することができる。

【0020】

水蒸気遮断層１０、紫外線遮断層１１、表面強化層１２は、ホログラム層６を保護する保護層としての役割を有する。保護層（すなわち水蒸気遮断層１０、紫外線遮断層１１、表面強化層１２の３層構造）は、ホログラム導光板１の両面に形成されている。保護層を形成するこれら３つの層は、ホログラム導光板１の内部から外部に向かってこの順に配置されている。

【0021】

中間層９は、ガラス層７と保護層との間に配置されるとともに、ガラス層８と保護層との間に配置されている。中間層９は、映像光が保護層にはみ出すのを防止する機能を有している。この機能は、ガラス層７と８の屈折率より中間層９の屈折率を小さく設定することによって実現できる。また中間層９は、ガラス層７、８と保護層を密着させる機能を併せ持たせてもよい。中間層９としては例えば、熱硬化性の透明シリコーン樹脂を用いるとよい。透明シリコーン樹脂は、その配合を調整することによって屈折率を調整できるメリットがある。もちろん中間層９は空気層としても構わない。

【0022】

中間層９と保護層は、ガラス層７／ホログラム層６／ガラス層８の積層体よりもやや表面積が大きくなるように形成されている。この中間層９と保護層の余剰部分をホログラム導光板１の端部において閉じ合わせることにより、ガラス層７／ホログラム層６／ガラス層８の積層体とホログラム導光板１端部との間の内部空間が形成される。この内部空間を乾燥領域１３と呼ぶ。乾燥領域１３は中間層９の一部であり、水分を吸収する役割を有する。水分が残留しないように十分乾燥させるため、乾燥領域１３に対してシリカゲルなどの吸湿性の高い材料を添加することが望ましい。その他の水蒸気を吸収する材料を用いてもよい。

【0023】

図２は、ホログラム導光板１に対してフレームを取り付けた様子を示す概略図である。ホログラム導光板１の周りにはフレーム２０と２１を取り付ける。フレーム２０と２１は、（ａ）保護層をユーザに見えないようにする外観を良くする機能、（ｂ）入射光が側面からはみ出す不要光を除去する機能、（ｃ）入射光が反対面に進行することを遮断する機能、（ｄ）ホログラム導光板１を保持する機能、を有している。したがってフレーム２０と２１は、透明でない材料を用いて形成し、ホログラム導光板１の側面を覆う形状にする。フレーム２１は、入力領域２の反対側を覆う形状をしている。フレーム２０と２１は、一般的な熱可塑性樹脂の成形によって製造すると安価に実現できる。

【0024】

図３は、中間層９の機能を説明する図である。入力領域２から入力した映像光は、出力領域３から出力されるまで、ガラス層７、ガラス層８、ホログラム層６の内部を反射しながら伝搬される。

【0025】

図３は、ガラス層８と中間層９との間の境界における光の振る舞いを図示している。ガラス層８に対して中間層９の屈折率が低いので、映像光３３はガラス層８と中間層９の境界において全反射する。一般的に保護層は、内部歪みが大きいので、映像光が保護層を伝搬すると、映像光がランダムに変調され映像が劣化する。中間層９は、映像光を反射することにより映像光が保護層へ伝搬しないようにし、これにより映像の劣化を防止する役割を有する。

【0026】

ガラス層８の屈折率をＮ１とし、中間層９の屈折率をＮ２とする。この場合、ガラス層８と中間層９との間の境界において映像光が全反射する臨界角θ_Ｃ（映像光と法線３１との間の角度）は、下記式１で表される。

【0027】

Ｎ１・Ｓｉｎθ_Ｃ＝Ｎ２ （１）

【0028】

また、映像光のサイズに相当するＦＯＶを表す角度（ガラス層８と中間層９との間の境界面に対して反射光が形成する角度）をθ_Ｆとすると、θ_Ｆは、下記式２を満たす必要がある。式２の単位は「度（ｄｅｇｒｅｅ）」である。

【0029】

θ_Ｆ＜９０－θ_Ｃ （２）

【0030】

例えば、ガラス層８がＢＫ７であった場合、可視光領域において屈折率Ｎ１は１．５２程度である。θ_Ｆを２０°にしたい場合、式１と式２からＮ２＝１．４２、θ_Ｃ＝７０°と求められる。映像のサイズを大きくする（すなわちθ_Ｆを大きくする）場合は、上記の関係にしたがって屈折率Ｎ２を１．４２以下に小さくすればよい。また屈折率Ｎ１が高い材料を選択するとθ_Ｆを大きくしやすい。以上のように、屈折率Ｎ１とＮ２を調整することにより、所望の映像光のサイズを実現することが可能となる。

【0031】

図４は、ヘッドマウントディスプレイ６２の構造を示す概略図である。ヘッドマウントディスプレイ６２は、少なくともホログラム導光板１、フレーム２０と２１、光学エンジン４１を備える。

【0032】

光学エンジン４１が生成した映像光（矢印）は、ホログラム導光板１の入力領域２から入力され、出力領域３からユーザの眼に出力される。入力領域２から出力領域３までの区間においては、映像光は図３で説明したようにガラス層と中間層９との間の境界面において全反射する。したがってガラス層７／ホログラム層６／ガラス層８は、映像光をホログラム導光板１の内部において伝搬する伝搬層として動作する。

【0033】

光学エンジン４１は、映像光源４２、結像レンズ４３、導光プリズム４４、モニタ開口４５を備える。

【0034】

映像光源４２は、映像光を生成する光学デバイスである。映像光源４２としては、例えばＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やマイクロＬＥＤなど近年開発されているデバイスを用いるとよい。もちろん、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）、透過型液晶、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などを照明光学系と組み合わせて用いることもできる。ＯＬＥＤやマイクロＬＥＤを用いると光学エンジン４１を小型化できるメリットがある。

【0035】

結像レンズ４３は、映像光源４２が生成した映像光を所望のＦＯＶの範囲でユーザの眼に伝送するレンズ機能を有している。ヘッドマウントディスプレイにおいては、虚像となるように結像レンズ４３を設計するが、これは一般的な技術であるため、設計の詳細説明は割愛する。

【0036】

導光プリズム４４は、映像光をホログラム導光板１に導光する機能を有する光学素子である。図４においては、ホログラム導光板１に対して直角に映像光を入射させているが、傾けて入射させてもよい。この場合、例えば光軸を傾ける詳細な設計により入力領域２を屈折率変調しなくともよい条件が存在するので、入力領域２を記録する必要がなくなる利点がある。

【0037】

導光プリズム４４は、ホログラム導光板１に対して平行な面を持つプリズム構造とすることが望ましい。モニタ開口４５から外部光によって導光プリズム４４の角度をモニタするとともに、このモニタした角度の平行度をモニタ領域４によって検査することにより、映像光が所定の角度でホログラム導光板１に対して入力されているか否かを精緻に確認できる効果が得られる。

【0038】

図５は、ヘッドマウントディスプレイ６２を作製するプロセスを説明するフローチャートである。以下図５の各ステップについて説明する。

【0039】

まず、ホログラム層６とガラス層７、８によって構成されたホログラム基板を準備する（Ｓ５０１）。次にガラス層７と８の平行度（両層の外側の表面が互いに対して平行配置されているか否か）をモニタ領域４によってチェックし、所望の平行度になっているか確認する（Ｓ５０２）。

【0040】

次にホログラム層６の入力領域２と出力領域３を所望の屈折率分布になるように記録する（Ｓ５０３）。このとき、紫外線遮断層１１が存在すると、ホログラム層６に４０５ｎｍ付近の干渉光が照射できなくなるので、紫外線遮断層１１は、記録後に形成させる必要がある。

【0041】

次にホログラム層６が今後あやまって記録されなくなるように、ホログラム層６全体を４０５ｎｍ付近の光線で完全に記録する（Ｓ５０４：ポストキュア）。

【0042】

次に中間層９を含む保護層を形成させる（Ｓ５０５）。ホログラム層６は、ポストキュア後に紫外線や水蒸気に曝されると劣化するので、保護層はこれを防止するためのものである。

【0043】

次にフレーム２０と２１を搭載し（Ｓ５０６）、再度ガラス層７と８の平行度をチェックする（Ｓ５０７）。製造過程において、ホログラム層６が不要に収縮するなどによって平行度が劣化する可能性があるので、Ｓ５０７において平行度を再チェックすることとした。平行度チェックはＳ５０２と同様にモニタ領域４を介して実施することができる。平行度が劣化している場合は、不良品として除く。

【0044】

次に光学エンジン４１を搭載し（Ｓ５０８）、モニタ開口４５とモニタ領域４それぞれにおいて、平行度が保たれているか確認する（Ｓ５０９）。最後にフレームに光学エンジン４１とホログラム導光板１を搭載することにより（Ｓ５１０）、ヘッドマウントディスプレイ６２が完成する。

【0045】

図６は、ユーザ６１がヘッドマウントディスプレイ６２を装着した様子を示すイメージ図である。ユーザ６１がヘッドマウントディスプレイ６２を眼鏡のように装着すると、ホログラム導光板１の出力領域３から出力される映像光により空間に映像６４が見える。ヘッドマウントディスプレイ６２はカメラ６３を搭載しており、外部の状況をカメラ６３でモニタし、映像処理によって適切な映像をユーザに提供できる。

【0046】

図７は、ヘッドマウントディスプレイ６２のシステムブロック図である。ヘッドマウントディスプレイ６２は、コントローラ７１、カメラ６３、ホログラム導光板１、光学エンジン４１を備える。ホログラム導光板１は、ホログラム層６、ガラス層７と８、中間層９、紫外線遮断層１１、水蒸気遮断層１０、表面強化層１２、フレーム２０と２１を備える。

【0047】

ヘッドマウントディスプレイ６２を装着したユーザ６１が所定のアクションを実施すると、コントローラ７１はカメラ６３を動作させ、画像解析処理によりユーザに提供する情報を決定する。コントローラ７１は、光学エンジン４１を動作させ、映像光を生成し、ホログラム導光板１を介してユーザ６１に情報を提供する。ホログラム導光板１は、ホログラム層６に外部から紫外光と水蒸気が進行しないように紫外線遮断層１１と水蒸気遮断層１０を具備している。映像光が内面反射でホログラム導光板１の内部が伝搬できるようにガラス層７と８の外側にガラス層７と８より屈折率の低い中間層９が具備されている。

【0048】

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係るホログラム導光板１は、ガラス層（７または８）と保護層との間に中間層９を備え、入力領域２と出力領域３との間の区間においては、中間層９とガラス層（７または８）との間の境界面において映像光が全反射する。これにより映像光は、同区間においては、ホログラム層６とガラス層（７または８）のみを伝搬する。したがって映像光がユーザ６１の眼に届く前に保護層へ漏れ出て映像品質が劣化するのを防ぐことができる。

【0049】

本実施形態１に係るホログラム導光板１は、保護層によってホログラム層６を紫外線から保護することにより、ホログラム導光板１の透明度を高くすることができる。紫外線が透明度の高い部分を透過し得るとしても、保護層によってホログラム層６が保護されているので、不要な記録などがされるおそれはないからである。その上で、中間層９によって映像光が保護層へ漏れ出るのを防ぐことができるので、映像品質が劣化するおそれも少ない。したがって映像品質を維持しつつ、屋外でも長時間使用できるヘッドマウントディスプレイを実現できる。

【0050】

本実施形態１に係るホログラム導光板１は、モニタ領域４に対して入力した外部光がホログラム導光板１から反射されたときこれを監視することにより、ガラス層７と８の平行度を監視することができる。さらにモニタ開口４５を介して導光プリズム４４のホログラム導光板１に対する設置角度を監視することができる。これらを併用することにより、映像品質を精度よく監視することができる。

【0051】

＜実施の形態２＞
本発明の実施形態２では、ホログラム導光板１の変形例について説明する。本実施形態２においては、実施形態１と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する場合がある。したがって以下では主に実施形態１との差異点を説明する。

【0052】

図８は、ホログラム導光板１の変形例の構成を示す側断面図である。図１で説明したホログラム導光板１の構成と比較すると、図８の構成はガラス層７側に保護層が無い点が異なる。さらに、ガラス層７は小溝８１を備え、フレーム２１は小突起８４を備える。フレーム２０と２１にはネジ８５を取り付けられるようにしておく。小溝８１と小突起８４を位置合わせした上でネジ８５を締めることにより、ガラス層７と中間層９を圧着し、これによりガラス層７と中間層９の間から水蒸気が進行しないようにした。

【0053】

図８の構成によれば、屋外に居るユーザ６１がヘッドマウントディスプレイ６２を装着したとき、紫外光がホログラム層６に到達しないので、ユーザ６１側のホログラム層６を紫外線から保護する必要はない。したがってユーザ６１側の保護層を省略することができるので、コスト的に有利となる。

【0054】

図９は、ホログラム導光板１を眼鏡と一体化した構成例である。図９に示すホログラム導光板１は、図１の構成に加えてレンズ９１を備える。これにより、視力の弱いユーザの通常視界を確保するため、眼鏡とホログラム導光板１が一体化されている。これにより、眼鏡とヘッドマウントディスプレイ６２を共通にすることができる。

【0055】

眼鏡レンズは、通常メニスカス構造であるが、ホログラム導光板１と眼鏡レンズを一体化するためには、映像光が乱れないように、ユーザ６１側の面をフラットにする必要がある。したがってレンズ９１は、凸構造を有する。レンズ９１と中間層９が接する面は平坦であり、反対面は凸面である。レンズ９１は、ガラス層８より高い屈折率を有するので、中間層９をガラス層８とレンズ９１との間に設けることにより、映像光がレンズ９１に進行しないようにできる。保護層は、一般的な眼鏡と同じ技術で、レンズ９１の外側に設ければよい。

【0056】

図１０は、水蒸気遮断層１０をホログラム導光板１の側面に配備したホログラム導光板１の構成例である。この場合、ホログラム層６の一部に水蒸気遮断層１０がめり込むようにすることにより、確実に水蒸気がホログラム層６に到達しないように工夫する必要がある。例えば水蒸気遮断層１０をホログラム導光板１の側面に配置するとともに、水蒸気遮断層１０の一部を突出させ、突出部の頂面（最も突出した面）とホログラム層６の側面が接するように、水蒸気遮断層１０を構成することができる。これによりホログラム層６を水蒸気から確実に遮断することができる。

【0057】

さらに図１０の構成においては、保護層をガラス層８側だけに配備しているので、図８のホログラム導光板１と同様にコストのメリットがある。もちろん両側に保護層を設けることが望ましい。

【0058】

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0059】

以上の実施形態において、導光プリズム４４とホログラム導光板１のガラス層７または８は、直接密着させてもよい。直接密着するとは、導光プリズム４４とガラス層７または８との間に別の材料層が介在していないことである。これにより導光プリズム４４とガラス層７または８との間に空気層などが介在しないこととなるので、映像光が不本意に屈折して映像品質を劣化するなどの不利益を回避することができる。

【符号の説明】

【0060】

１：ホログラム導光板
２：入力領域
３：出力領域
４：モニタ領域
６：ホログラム層
７：ガラス層（入力側）
８：ガラス層
９：中間層
１０：水蒸気遮断層
１１：紫外線遮断層
１２：表面強化層
１３：乾燥領域
１５：断面
２０：フレーム（入力側）
２１：フレーム
３１：法線
３２：光線
３３：映像光
４１：光学エンジン
４２：映像光源
４３：結像レンズ
４４：導光プリズム
４５：モニタ開口
６１：ユーザ
６２：ヘッドマウントディスプレイ
６３：カメラ
６４：映像
７１：コントローラ
８１：小溝
８４：小突起
８５：ネジ
９１：レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】